Tempern (Annealing) von PLA und anderen Materilaien

  • Hallo zusammen,


    ich habe im Rahmen eines Druck ein PLA Teil getempert um seine Wärmebeständigkeit zu erhöhen. Nachdem wir das hier

    diskutiert haben, scheint das Thema recht interessant zu sein, deswegen fasse ich hier mal zusammen, was ich bisher an Erfahrungen gemacht habe und wie ich vorgehe. Vieleicht haben ja auch andere von euch schon damit rumexperimentiert und wir können unsere Erfahrungen teilen.


    Was versteht man unter Tempern?

    Beim Tempern erhitzt man das Material über seinen Erweichungspunkt, bleibt aber noch unter dem Schmelzpunk. Danach lässt man das Material sehr langsam abkühlen. Bei PLA ordnen sich dabei die Molekühle anders an. Was zu einer erheblich höheren Wärmebeständigkeit und auch sonst zu besseren Eigenschaften führt.

    Nich verwechseln darf man das Ganze mit Remelting, was auch einige machen. Dabei wird das Material über den Schmelzpunkt erhitzt um ein homogenes Material ohne Layergrenzen zu bekommen.


    Hier gibt es 2 schöne Videos über das Tempern:

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    Ich hatte mich da nie rangetraut, weil der Verzug, der in diesen Videos auftritt, so extrem ist, dass es mir unbrauchbar erschien. Dann bin ich aber eher zufällig darauf gestoßen, dass gerade mein liebling PLA Extrudr NX2 nur einen geringen Verzug hat und auch bei anderen Eigenschaften (Kaltfluss) extrem vom Tempern profitiert.


    Den Hintergrund dazu seht ihr in diesem Thread:


    Sicherlich gibt es neben NX2 auch andere PLAs, die sich hier gut verhalten. Ich haber aber nur die von Extrudr getestet, da ich eben fast nur Filamente von Extrudr verwende.

  • Wie gehe ich beim Tempern vor:


    Mich hat immer der Verzug beim Tempern davon abgeschreckt, das Tempern zu versuchen. Das Problem beim Tempern ist ja nicht nur, dass die Rekristallisation das PLA das Teil verformt. Da man dabei ja über den Erweichungspunkt erhitzt, verformt sich das Teil auch unter seinem eigenen Gewicht.


    Deswegen habe ich Versucht, die Methode, die beim Remelting angewendet wird, auf das Tempern zu übertragen:

    • Um das Teil zu stützen, wird es vor dem Tempern in Kochsalz eingegraben. Dabei muss man darauf achten , dass es möglichst fest überall vom Salz umschlossen ist (100% Infill braucht man aber nicht. Im Gegensatz zum Remleting muss man das Salz auch nicht mahlen).
    • Danach erhitzte (Im normalen Haushaltsbackofen mit Umluft) ich die Teile für ca. 1h über den Erweichungspunkt. Bei PLA erhitze ich auf 100°C, also weit über die Wärmefestigkeit von 60°C. Ich habe aber keine Versuche gemacht, welche Temperatur die Beste ist, sondern die 100°C willkürlich ausgewählt.
    • Nach einer Stunde lasse ich die Teile laaangsam abkühlen. Meist über Nacht im geschlossenen Ofen.
    • Dann nehme ich die Teile aus dem Salz und wasche das Salz, dass teilweise noch an der Oberfläche hängt, ab. Man könnte auch Sand statt Salz nehmen, Salz hat aber den Vorteil, dass sich die Körner, die an der Oberfläche des Teiles pappen unter Wasser auflösen.

    Feuerfestes Gefäß mit Salz und Druckteilen.


    Das Ganze nochmal mit Salz aufgefüllt und mit einer 2. Schale beschwert. Danach geht es in den Ofen.

  • Wie stark verziehen sich Teile?

    Da gibt es rießen Unterschiede, auch zwischen verschiedenen PLAs liegen da Welten.


    Hier habe ich mal den Verzug verschiedener Extrudr Materialien verglichen. Diese Werte bassieren aber auf meien Kaltflussprobekörper und lassen sich nicht auf andere Geometrien 1:1 übertragen. Für einen Vergleich der Materialien sollte das aber trotzdem ausreichen.

    Ich war ziemlich übberascht, dass sich PLA NX2 hier viel besser als NX1 verhält und sich nur sehr wenig und beherrschbar vezieht.


    In der Mitte liegt hier ein Teil aus GreenTec Pro. Das verzieht sich gar nicht, da ich es noch unter der Erweichungstemperatur getempert habe. Links liegt ein Teil aus NX1. Hier sieht man, dass die Geometrie schon stark verzerrt ist. Rechts liegt das Teil aus NX2. Hier ist der Verzug ähnlich gering wie bei GreenTec.


    Gestern habe ich nochmal mit Tempern experimentiert und auch da war der Verzug bei NX2 nur sehr gering:

  • Was bringt aber das Ganze?

    Zum Einen wird das Teil erheblich Temperaturstabiler.


    Hier seht ihr 2 Brücken, die aus NX2 in einme Druck gedruckt wurden. Die Brücken habe ich mit einem Aluklotzbeschwert und dann mit kochendem Wasser übergossen. Die Linke ist nicht getempert und die rechte ist getempert. Die getemperte hat mit dem heißen wasser kein Problem mehr. Die andere ist platt und weich wie eine gekochte Nudel ;-).



    Außerdem verformen sich die Teile auch unter Belastung bei Raumtemperatur erheblich weniger als ungetemperte Teile (Details dazu findet ihr im oben verlinkten Thread).


    Mehr habe ich im Augenblick nicht. Ich habe zwar noch einen Kabelhalter für den Kofferraum meines Autos gedruckt. Hier hatte sich Im Sommer sogar GreenTec Pro verformt. Logischerweise kann ich aber noch nicht bewerten, was dabei heraus kommt, da es gerade Draußen nur 5°C hat ;-).


    Hat jemand von euch auch schon mit Tempern experimentiert?

    Wie sind denn eure Erfahrungen?

  • Danke dir.


    Mich interessiert, was beim tempern eigentlich passiert.

    Korrigiere mich, wenn mein laienhafter Gedanke nicht richtig ist..


    Im gedruckten Teil, ist immer minimal Luft zwischen den Schichten und Linien. Natürlich ist die Verbindung der Schichten zwar gut, aber nicht perfekt. Durch das tempern in Salz, Sand, Torf, Lehm etc. wird das Bauteil in seiner Form im Material (z.B Salz) komplett verschlossen und das Material angedrückt, dass verhindert, dass sich das Bauteil nicht verrutschen etc. kann.

    Beim Backen wird das PLA weich und schmilzt kräftiger zusammen, die Luftbläschen verschwinden vermutlich.


    Bis hierhin, was passiert.


    -----------------------------


    Zu den Materialien.

    Kostengünstig ist Salz, Sand (Formsand), Torf und Lehm.


    Natürliche Produkte im Garten zum Beispiel

    In NRW gibt es hauptsächlich, Parabraunerde, das sehr lehmig ist, was fast jeder im Garten hat.

    Abgesehen dass das eine Sauerei wäre, könnte es von Vorteil sein, weil Parabraunerde wenn es trocken ist, sich nicht mehr verziehen kann. Wie bei Sand/Salz.

    Es gibt noch andere Mischungen. Ich habe im Hinterkopf, das eine Mischung aus Sand und Torf auch eine ähnlich Substanz hergibt, wie Parabraunerde,


    Die teuerste Alternative, ist Kautschuk/Gummi . Das ist flexibel aber trotzdem fest. Nachteil, es kann nur einmal verwenden werden.

    Bei TFC Trollfactory, gibt es in verschiedenen Temperaturbereichen 150-450°C.


    ------------------------------


    Zurück zum fertiges PLA tempern.

    Wie schaut der Langzeittest aus?

    Z.B. 3 Stunden Spülmaschine bei 65°C?

    - Das wäre für mich auch interessant. Ich habe für meine Mutter eine PLA Kuchenform gedruckt für Kalt-Kuchen Zubereitung. Sie hatte meine Warnung nicht ernst genommen und hat die Form -> Spülmaschine -> was geschah brauche ich wohl nicht erwähnen. ^^


    Ich werde auf alle Fälle den Versuch mal mit verschiedene PLA Sorten testen.


    Obwohl das tempern fast 10 Jahre alt ist, hab ich bis dato noch nicht davon gehört. :/

  • Ich hatte das mal versucht mit recht ernüchterndem Ergebnis. Keine Ahnung mehr ob PLA oder PETG vermutlich Letzteres. Die Luft im Infill hat sich ausgedehnt und am Ende sahen die Oberflächen aus wie ein Steppkissen und seit dem nie wieder Versucht. Infillmuster und Dichte weiß ich nichtmehr Boden und Deckschicht war 1mm. Wie sind da die Erfahrungen so und was für Muster verwendet ihr?

  • Im gedruckten Teil, ist immer minimal Luft zwischen den Schichten und Linien. Natürlich ist die Verbindung der Schichten zwar gut, aber nicht perfekt. Durch das tempern in Salz, Sand, Torf, Lehm etc. wird das Bauteil in seiner Form im Material (z.B Salz) komplett verschlossen und das Material angedrückt, dass verhindert, dass sich das Bauteil nicht verrutschen etc. kann.

    Beim Backen wird das PLA weich und schmilzt kräftiger zusammen, die Luftbläschen verschwinden vermutlich.


    Passt nicht ganz. An der Layerstruktur / Luftblasen ändert sich gar nix. Das würde nur beim Remelting passieren. Wir erweichen das Teil nur und schmelzen es nicht. Wäre auch schlimm, denn dann würden Teile mit Infill in sich zusammenfallen.

    Das ganze funktionier auf molekularer Basis. PLA ist ein teilkristalinier Kunststoff. Das heißt die Moleküle versuchen sich beim abkühlen zu ordnen. Kann man sich vorstellen, wei einen Haufen Bauklötze, den man ordenlich übereinander statpelt. Beim 3D Druck kühlen wir aber den Kunststoff sehr schnell ab. Dadurch reicht die Zeit nicht zum ordnen. Damit liegen die "Bauklötze" wild übereinander, was natürlich nicht so stabil ist, wie ein schön gestapelter Haufen. Durch das Tempern geben wir dem Kunststoff Zeit sich zu ordnern (Kristallisieren) und bekommen dadurch ein stabileres Material.


    Ich glaube Stefan von CNC Kitschen hat auch schon versucht die Teile einzugipsen. Das geht natürlich auch. Ist aber aufwendiger und mit mehr Sauerei verbunden als mit Salz. Deswegen nehme ich Salz. Billig, schnell und wenig Dreck.


    Wie die Langzeitstabilität ist habe ich noch nicht getestet. Von der Theorie her müsste es aber lanzeitstabil sein, sonlange man nicht über die neue, höhere Erweichungstemperatur geht. Ich denke ich muss da mal ein paar Testkörper konstruieren, die man in der Spülmaschine testen kann.


    Oder hat jemand anderes hier vieleicht schon Erfahrungen.

  • Hallo, beim Tempern von Kunststoff muss die Glasübergangstemperatur erreicht werden.

    Der polymorphe Kunstoff verändert dann seine Molekularstruktur.

    Die Kristallisationstemperatur liegt so bei 110° C.

    Mann kann aber auch eine etwas niedrigerer Temp nehmen, so 75° C und dann mehrere

    Stunden backen.

    Eine Supportstruktur mitdrucken aber nicht abmachen, um das

    Bauteil zu stützen.

    Es gibt da die Temperatur durch verbiegen unter einer definierten Last. HDT

    Und eindringen eines Prüfkörpers bei einer Temperatur - VICAT

    Beide Temperaturen sind nicht gleich.

    Und bei PLA so um die 52-62° C. von HDT zu VICAT zur Glasübergangstemperatur.

    (kein verglasen) = Kristallisationtemperatur.

    Erweichungstemps

    Langsam erwärmen,halten und langsam abkühlen. Verringert den Verzug.

    Bauteil nach Druck in beheiztem Druckraum stehen lassen, so pfft kA so 40 Minuten.

    Langsam abkühlen--> Spannung Verzug im Bauteil beseitigen.

    Dann tempern. Muss mal selber testen einfach eine Haube aus Gipskarton über den

    Druck stülpen und Temp langsam auf 70° C das dann 4 Std. halten und abkühlen.

    Mit Support/Stützstruktur.

    Solange du unter der Erweichungstemp bleibst verändert sich nichts. Aber längere Zeit bei

    80° C kriecht der Kunststoff.

    Das ist bei PLA eher ne Krücke und funktioniert nicht immer oder mit jedem PLA,
    wohl je nach dem was der Hersteller noch beimischt.

    Und die Form des Druckes spielt eine Rolle. Den Infill kann man ja nicht abstützen der ist bei 100° C im Eimer. :(

    Bei einem grösseren Hohlkörper klappt das so nicht.

    Deswegen gibt es Filamente die dafür extra hergestellt werden.

    Und dann kommst du von 100° C auf 160-170° C oder so. Ich find das jetzt leider nicht mehr.

    Sogar bis 230° C.

    Einen frohen Tag, von Dimaso

    oder Alf oder beiden

    Alf geht pfeifend und mich sich und der leckeren Katze im Reinen aus dem Forum und nimmt

    alle Fehler mit. :saint:

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  • Nee das mus schon Roggenvollkornmehl sein.

    Feiner Formsand für Gussteile.

    Oder Linsen. Belugalinsen.

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  • noch einen: feiner Rundreis :D

    ungekocht entzieht auch Feuchtigkeit

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  • Nee das mus schon Roggenvollkornmehl sein.

    Feiner Formsand für Gussteile.

    Oder Linsen. Belugalinsen.

    Gibt es besonderen Grund dafür, wieso Roggenvollkornmehl und kein reines Mehl.?

    Ich habe verschiedene x-Vollkornmehl hier.

    Würde mich mal interessieren.


    Ein ähnliches Filament hat auch Greentech, bis 160°C durchs backen.

  • Nee das war ein Scherz.

    Aber grobes Vollkornmehl würde sich wie "eckiger" Sand besser verhaken und die

    Form behalten. Feiner runder Sand lässt sich schlecht formen und fliest auseinnder.

    Ich musste bei Mehl einfach schmunzeln. Aber warum nicht.

    Einfach mit einem billigen Mehl vom Penny oder so ausprobieren.

    In einer hohen Auflaufform oder Kastenform testen.

    Bei 100-115° C passiert dem Mehl ja nichts.

    Aber das ganze funktioniert bei den flachen Testteilen die ich im Video gesehen hab.

    Ein grösseres hohles Modell mit dem Infill kannst du dann vergessen.

    Wenn du das behandeln willst um in den Wintergarten zu stellen oder so,

    das wird nichts. Da kann/muss man das mit einer niedrigeren Tempertur ausprobiern.

    Da nimmst du direkt ASA und das kann man dann auch noch etwas nachbehandeln.

    Aber mit dem Mehl konnte ich nicht wiederstehen.

    Aber du hast schon recht bzw. deine Freundin. Ruhig unkonventionell mal was ausprobieren.

    Das ist ja nicht teuer.

    Gebackenes PLA. ^^

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  • Wenn ich so weiter nachdenke, ich teste das einfach mal aus.


    Habe verschiedene Kaffee/Tee Löffel mit unterschiedliche ml Angaben.

    Aufgrund dass sich Mehl sich gut stampfen lässt, kann eigentlich an der Form nichts passieren.

    Wie gesagt Idee kam von meiner Freundin.


    Natürlich gibt es für bestimmte Modelle bessere Filamente, ASA oder PETG CF etc.

    Ob dies Sinn macht oder nicht, steht erst einmal auf einem anderen Blattpapier.


    God nächtle !


    .

  • Und dieses Remelting kannte ich auch noch nicht.

    Aber das ist so eine neue erfundene Bezeichnung. Aus der Werkstoffkunde-Nachbehandlung

    gibt es sowas nicht.

    Kann man machen, aber wieso? Spritzguss nachmachen.

    Misslungenes Tempern, das nenne ich einfach Remelting.

    Es gibt kein Filament was dafür hergestellt wurde.

    Bei der Nachbehandlung durch Temperatur unterhalb der Schmelze oder Zerstörung besser gesagt,

    das macht Sinn.

    Oder mit Acton oder anderes Lösungsmittel die Kunststoffoberfläche bedampfen und so die Oberfläche verschmelzen lassen. Geht auch, aber auf die starken Dämpfe achten.


    Und sonst richtig konstruieren und das geeignete Material benutzen.

    Ich muss mich unbedingt mal in das Solid Works einarbeiten.

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  • Gute Nacht.

    Und viel Spass. Pass auf keine Mehlverpuffung.

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  • Schmicky, unbedingt berichten, vielleicht, um Zeit zu sparen und zweites Vergleichsobjekt zu haben, schmeisst du noch ne Salz Form dazu?

    :!: If the oceans Die We Die :!: Snappy J1-Prusa / Neptune4pro-Orca

  • Also was es gibt ist ja dieses Metallfilament von BASF. Aber den weiteren Prozess nennt

    man Sintern.

    Würd ich ja gern mal ausprobieren. Aber die Preise.

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